SONUÇ VE ÖNERİLER

Os experimentos foram realizados na área externa do Laboratório de Engenharia Sanitária e Ambiental (LESA) no campus da Universidade Federal de Viçosa (UFV), em Viçosa, Minas Gerais (20°45’14’’S, 42°52’54’’W).

6.2.1.1. Lagoa de Alta Taxa

A LAT possui 1,28 m de largura, 2,86 m de comprimento, 0,5 m de profundidade e 3,3 m² de área superficial, sendo 0,3 m de profundidade útil e 1 m³ de volume útil. É constituída de fibra de vidro, com pedais em PVC, com duas lâminas. Os pedais foram movimentados por motor elétrico de 1cv com o intuito de manter o fluxo nas unidades. A rotação foi reduzida por um redutor acoplado ao motor e controlada por um inversor de frequência (marca WEG série CFW-10), que proporcionou uma velocidade de aproximadamente 0,10 a 0,15 m.s-1 _{para o necessário revolvimento do meio líquido. Valores}

semelhantes a esses foram adotados em diferentes pesquisas com LAT (Picot et al., 1991; Park et al., 2011). Na Figura 6.1 está apresentado o esquema da LAT que foi utilizada nesse estudo.

Figura 6.1. (a) Ilustração da LAT utilizada com dimensões, (1) pás giratórias; (b) lagoa

de alta taxa utilizada no estudo.

Durante todas as operações o suplemento de CO2 foi controlado a partir

da variação do pH na unidade. Foi adicionado CO2 sintético em cilindro de gás

com 99% de pureza por coluna de carbonatação acoplada à LAT. A coluna utilizada foi feita em PVC e construída de acordo com Putt et al., (2011), apresentando 0,10 m de diâmetro e 2,20 m de altura. O fluxo de gás foi de 1

69 L.min-1_{, controlado por medidores de fluxo com capacidade de 0 a 15 L.min}-1 _e

uma bomba de aquário (Atman, AT304) foi usada para promover a recirculação do efluente através da coluna de carbonatação, sendo o fluxo de recirculação de 4 L.min-1_.

O meio de cultivo utilizado pelas LATs foi coletado da estação de tratamento de esgoto instalada em uma indústria de carnes, após o tratamento primário (flotador). Foi adicionado a esse meio de cultivo 4% (v/v) de inóculo desse mesmo efluente, mas que, além do tratamento primário, passou por um tratamento secundário (lodos ativados) e terciário (lagoas de alta taxa).

6.2.1.2. Fotobiorreator

Conforme Tango (2015), o FBR coluna de bolha, foi composto por três tubos de acrílico independentes, todos com fundo em formato de meia esfera, e mesmas dimensões, sendo o diâmetro de 15 cm, diâmetro interno de 14,4 cm, 3 mm de espessura de parede e 15 litros de volume útil em cada tubo. Os tubos foram dispostos paralelamente em um suporte de madeira na posição vertical, de forma a melhor aproveitar a iluminação solar durante todo o dia.

A mistura do meio de cultivo foi realizada em período integral, através do borbulhamento de ar (10 L min-1_{) enriquecido com CO}

2 (6,5%, v/v). O ar para a

realização da mistura foi fornecido por um compressor de ar diafragmático, cuja potência era de 0,25 kW, e conduzido para cada tubo de acrílico através de mangueira pneumática seguida de tubo de PVC conectado a dispersor de pedra porosa cilíndrica (As-001 de 22 mm de comprimento e 12 mm de diâmetro). Para o controle dos fluxos, foram instaladas válvulas e fluxômetros de precisão 0 a 15 L.min-1_{. Os principais componentes do sistema estão}

apresentados na Figura 6.2A, e as dimensões dos tubos de acrílicos que foram usados são mostrados na Figura 6.2B.

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Figura 6.2. (a) FBR coluna de bolhas. A numeração indica as partes constituintes: (1)

tubo de acrílico; (2) sensor de pH; (3) estrutura de madeira para suporte; (4 e 5) fluxômetros; (b) (6) destaque para o dispersor e dimensões de cada tubo.

O suplemento de CO2 foi controlado a partir da variação do pH na

unidade, que foi mantido entre 6 e 8. Para tal sistema automatizado, foi utilizada uma sonda para medição em tempo real de pH e temperatura (controlador sc200 da marca HACH e sensor analógico de pH diferencial para efluentes), com sistema de emissão de sinal elétrico compatível com válvula solenoide (Jefferson, 2016BV221) para controle da adição de CO2.

O FBR foi ainda caracterizado em termos de suas características hidrodinâmicas. Apresentou para as mesmas condições de operação (vazão de ar = 10 L min-1 _{e volume de líquido de 15L), as seguintes características: i)}

tempo de mistura (tm95%) de 180 ± 54 s, correspondente ao tempo necessário

para atingir ± 5% da concentração de H+ _{no estado de mistura completa; ii)}

coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) de 0,00257 s-1.

O meio de cultivo utilizado no FBR foi o mesmo utilizado na LAT. Foi adicionado ao meio de cultivo 10% (v/v) de inóculo coletado de lagoa de alta taxa, precedida de reator UASB e aplicada ao tratamento de efluente doméstico.

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6.2.2. Operação e monitoramento

A LAT e o FBR foram monitorados durante três operações em batelada. As operações com a LAT ocorreram em maio (OPR1), agosto (OPR2) e outubro (OPR3) de 2015. Já as operações com o FBR ocorreram em setembro (OPR1) outubro (OPR2) e novembro (OPR3) de 2014. As operações aconteceram em batelada com o intuito de modelar o crescimento das microalgas, assim como o comportamento de diversas variáveis de qualidade da água, em função do tempo. Cada operação foi interrompida quando o crescimento algal atingiu a fase de decaimento, monitorada diariamente através da variável clorofila-a.

Na LAT, as variáveis oxigênio dissolvido (OD), temperatura e pH, foram medidas em campo, através de sonda da marca Hach, modelo HQ40d (Luminescent Dissolved Oxygen para oxigênio dissolvido) em três horários distintos ao longo do dia: às 8hs, às 12hs e às 17hs. Já para o FBR, segundo Tango (2015), essas mesmas variáveis, foram medidas de forma automatizada por sonda para medição em tempo real de pH e temperatura (controlador sc200 da marca HACH e sensor analógico de pH diferencial para efluentes), exceto a variável OD que foi monitorada conforme descrita para a LAT. Em ambos os sistemas de cultivo a radiação fotossinteticamente ativa (PAR) foram mensuradas através do radiômetro LI-COR - LI-193 Underwater Spherical Quantum Sensor às 12hs.

Para as demais variáveis físicas, químicas e biológicas foram realizadas uma coleta por dia na LAT às 17hs. No FBR foi realizada a coleta de forma composta diariamente às 17:30 horas. Para tanto, amostras simples de 300 mL coletadas de cada tubo foram misturadas em um recipiente maior e a amostra composta foi então acondicionada para análises.

As análises físicas e químicas para ambos os sistemas de cultivo seguiram essencialmente as disposições do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 2012): demanda química de oxigênio total (DQOt) (5220–DQO D), demanda química de oxigênio solúvel (DQOs) (5220–DQOs D – amostra filtrada a 0,45 µm), nitrato (N-NO3-) (4500–

N-NO3- E), nitrogênio amoniacal (N-NH4+) (4500–NH3 C), nitrogênio total

72 D), fósforo total (Pt) (4500–FT D) e fósforo solúvel (PS) (4500–FS D – amostra filtrada a 0.45 µm). O N-Norg foi determinado por diferença entre o N-NTK e N- NH4+. As formas de carbono total dissolvido (CT) e carbono orgânico dissolvido

(COD) foram determinadas pelo equipamento TOC 5000 Shimadzu.

6.2.3. Caracterização da biomassa e da comunidade fitoplanctônica 6.2.3.1. Quantificação da biomassa

Para ambos os sistemas de cultivo a quantificação da biomassa foi realizada por meio de dois parâmetros: sólidos suspensos voláteis (SSV) e clorofila-a. O parâmetro SSV significa a quantidade de biomassa total (algal, bactérias e outros) produzida em cada sistema de cultivo no final da batelada, já o parâmetro clorofila-a exprime somente a quantidade de biomassa algal produzida em cada unidade. A determinação do teor de SSV (2540–SSV E) foi realizada de acordo com APHA (2012).

A determinação da produtividade da biomassa algal foi feita com base na análise de clorofila-a. Para a determinação da concentração de clorofila-a, as amostras foram filtradas em membranas de microfibra de vidro, sendo a extração feita com etanol 80%. A análise dos extratos foi feita por espectrofotometria, segundo a metodologia descrita em APHA (2012), na faixa de 665 nm e 750 nm. Para a determinação da clorofila-a foram utilizadas as fórmulas descritas em Nush (1980) e modificadas segundo a norma holandesa (NERDERLANDS NORM, 1981).

6.2.3.2. Comunidade Fitoplânctonica

A comunidade fitoplanctônica também foi avaliada ao final de cada operação. Para ambos os sistemas de cultivo foram coletadas amostras de 200 mL dos inóculos e do meio de cultivo e armazenadas em frascos âmbar. As amostras foram destinadas às análises quantitativas e qualitativas da comunidade fitoplanctônica (Uthermöhl, 1958; Parra et al., 1982; Komarek and Fott, 1983).

6.2.4. Análise da eficiência energética

O desempenho energético dos sistemas operados (LAT e FBR) foi avaliado em termos da produtividade específica de biomassa, PB/EC (mg.kJ-1_),

73 energético (EC, kJ.L-1_.d-1_{) (Ketheesan and Nirmalakhandan, 2012; Pegallapati}

et al., 2013) e pela razão energética líquida (Net Energy Ratio, NER), que relaciona a energia total produzida e a energia total consumida pelo sistema, de acordo com a Equação 1, amplamente utilizada em outras pesquisas (Jorquera et al., 2010; Feng et al., 2011; Ozkan et al., 2012; Zhu et al., 2014).

��� =∑ �_{∑ �} ��� _{��� � � �}��� � Equação 1

A energia produzida pode ser aferida em termos do conteúdo energético total da biomassa. Como a operação dos sistemas foi realizada outdoor, considerou-se o consumo energético advindo da agitação do meio de cultivo, tanto para a LAT (motor para rotação da pá) como para o FBR (compressor de ar diafragmático para injeção de ar e mistura).

6.2.4.1. Quantificação do consumo energético

O consumo energético em cada operação (Cop, kWh.dia-1_{) foi}

determinado de acordo com a Equação 2:

� = � Equação 2 Em que, Pt é a potência em W e T é a duração da operação, em dias. Considerando a realização de 3 operações por mês, no caso do FBR e de operação contínua para as LATs o consumo energético anual (CT, kJ.ano-1₎

pode ser determinado como demonstra a Equação 3:

�� = � x dias de operação no ano x 3600 Equação 3 6.2.4.2. Quantificação da energia produzida pela biomassa total

A produção anual de energia a partir da biomassa (EB, kJ.ano-1_{) foi}

determinada a partir da produção anual de biomassa e considerando, assim como Jorquera et al. (2010), que 100 toneladas de biomassa fornecem aproximadamente 3155,30 GJ de energia, de acordo com a Equação 4:

�� = �,�� ��× , × Equação 4

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